Cement a vápno jsou tři hlavní produkty emisně náročného sektoru - tzv. minerálního průmyslu. Bez cementu, vápna a skla se společnost neobejde a světová poptávka po těchto produktech bude v následujících letech nejspíše růst. Následující text představuje různé scénáře dekarbonizace minerálního průmyslu a opírá se o studie průmyslových asociací či konzultačních firem.
Výroba vápna
Výroba vápna tvoří přibližně 1 % světových emisí CO2. Vápno nachází uplatnění v řadě průmyslů, stavebnictví, zemědělství, papírnictví, potravinářství nebo při čištění pitné vody. Největší množství (co se týče jednotlivého účelu) se pak využívá v ocelářském průmyslu, kde slouží při zpracování surového železa na ocel. Dvě třetiny emisí vznikají u výroby vápna procesem kalcinace stejně jako u cementu. Tento proces přeměny v současnosti není možné přímo nahradit jiným, emisně méně náročným.
Historické metody výroby vápna
Nejstarší metodou výroby vápna bylo pálení ve vápenkách. Samotnému pálení, bylo nutno kámen připravit. Říkalo se tomu, že se "tluče pec". Kámen se palicemi rozbíjel na větší a menší ploché kusy, které se následně "rovnaly". Rovnání provádělo nejčastěji dvo lidí, lépe se však dělalo ve třech. Ti stáli v peci a tak, aby měli obě ruce volné, zarovnávali je kolem dokola na pelíšku. Směrem nahoru se pec zúžoval. Důležitá byla i volba ročního období.
Po naplnění se popelištěm, "aby se vápno nezapopelilo". Zůstávaly dlouho temně červené. To bylo znamení, že je vápno vypáleno. Poté se musela pec nechat vychladnout a vápno se začalo odshora rozebírat.
Moderní výroba vápna
Patent na moderní vápenku byl udělen roku 1858. První taková vápenka byla postavena roku 1868 v Přerově. Princip šachtové pece je jednoduchý: kontinuálním průchodem suroviny (vápence) a stálý, nepřetržitý postup ohně. Pec byla rozdělena na určitý počet komor. Rošty sloužily na spalování dřeva či uhlí. Spaliny z pece prochází popelníkem topenišť k palivu na roštech a prostupují navezeným vápencem vzhůru. Palivem je zpravidla koks. Prohoříváním dochází ke žhnutí vápence. Některé moderní vápenky pracují tak, že přivádějí do pece jen plyn, který se vhání do styku s horkým vzduchem. Šachtové pece se plnily tak, že cihly se dovezly ze sušárny a vysypaly u pece. Pak se vytáhly k plnícím dveřím pece, připravily hoblovačky a dříví k podpalu. Dělníci střídavě kladli vrstvy koksu a surovinových cihel. Takto se postupovalo až k plnícím dveřím. Nakonec se zapálily hoblovačky a dřevo, od kterého začal hořet koks a vyhrnuly se nedopalky.
Čtěte také: Beton svépomocí: Recept
Vápenky ukončily provoz v 60. letech 20. století.
Možnosti dekarbonizace výroby vápna
Podobně jako u cementu nelze ani u vápna do budoucna očekávat pokles spotřeby. Především pak kvůli zmíněné oceli, na jejíž výrobě se vápno podílí a jejíž využití má do budoucna stále růst. Stejně jako u cementu představuje i zde CCS nejvýznamnější způsob snížení emisí. Lze využít vodík jako palivo, které by znamenalo snížení emisí CO2 až o třetinu. Dosažení minimálního znečištění ze spalování je ale podmíněno fungováním pecí výhradně na vodík a také dostupností nízkoemisního vodíku.
Výroba cementu
Již v 19. století se začal používat cement. Cement je hydraulické pojivo, které se vyrábí smísením vápna, hlíny, písku a vody. Po zaschnutí ztvrdne a vytváří pevnou a trvanlivou strukturu, používá hlavně k výrobě betonu, který je ideální pro stavbu základů, stěn, sloupů a dalších struktur. Beton se snadno tvaruje a lze jej použít pro různé účely, jako jsou chodníky, schodiště, terasy a další. Cement byl patentován v Československé republice 1. 6. inženýrem M. Wogel-Jörgensenem z Dánska.
Možnosti dekarbonizace výroby cementu
Při produkci cementu vzniká 60 % emisí CO2 při chemické reakci, která se nazývá kalcinace. Působením tepla se vápenec rozkládá na oxid vápenatý a oxid uhličitý. Vzhledem k postupující urbanizaci a s ní související výstavbě není výrazné snížení poptávky po cementu do budoucna pravděpodobné.
U dekarbonizace výroby cementu hraje zachytávání CO2 pomocí technologie CCS a jeho následné uložení či využití hlavní roli. Zařízení na CCS dovede zachytit 90-95 procent emisí dané cementárny a jedná se tak o hlavní technologii dekarbonizace cementu, bez které se uhlíkové neutralitě nelze přiblížit. Většina zachyceného CO2 by byla uložena v podzemních geologických formacích, ale část lze uložit i v samotném betonu, např. formou přimíchání nebo v rámci procesu vytvrzování. Takto přidaný oxid uhličitý mineralizuje do podoby stabilních uhličitanů a je díky tomu zadržen na dlouhou dobu. V roce 2050 může technologie CCS či beton vytvrzený uhlíkem představovat přibližně polovinu snížení emisí ve srovnání s emisemi z cementu, který se vyrábí dnes.
Čtěte také: Výroba jímky z betonu krok za krokem
Z ekonomických důvodů CCS nebude tvořit jediné řešení a ke snížení emisí dojde i jinými způsoby:
- Recyklace betonu: V současné době není v recyklace betonu příliš běžná. Jejímu širšímu využití by napomohly změny některých principů při stavbě i navrhování staveb, které by zároveň vedly k nižší spotřebě zdrojů. Kromě toho lze recyklovat i hotový beton, zatím tomu ale často bránila nejistota v kvalitě a vlastnostech recyklovaného materiálu.
- Nahrazení betonu: Lze méně stavět z betonu a místo toho používat například dřevo.
- Alternativní úsporná řešení: Hovoří se například o 3D tisku budov, které zatím nelze aplikovat ve velkém měřítku. Jako schůdnější cesta se jeví využití menších modulárních jednotek, které byly předvyrobeny v továrnách. Ty by do stavebnictví přinesly větší efektivitu, a tedy opět ušetřily emise i finance.
- Digitalizace stavebnictví (BIM): Díky lepšímu přehledu o celé stavbě bude vznikat méně odpadu a pravděpodobně bude potřeba i méně betonu.
Výroba skla
Výroba skla tvoří přibližně 0,3 % světových emisí CO2. U skla je hlavním zdrojem emisí spalování, které produkuje 75-85 % emisí CO2. Zbylých 15-25 % připadá na chemické reakce, především reakce spojené se sklářskými surovinami. Izolační dvojskla a trojskla v oknech, stejně jako izolující skelná vata pomáhají se snížením tepelných ztrát budov. Sklo je také součástí solárních panelů.
Možnosti dekarbonizace výroby skla
Podle scénáře od společnosti British Glass by celkové emise snížila nejvíce (zhruba o polovinu) částečná elektrifikace výroby, která by zmenšila podíl jiných paliv. Menší pece je sice už dnes možné stavět jako plně elektrifikované, ale kromě omezené produkce má jejich konstrukce další výrazné limity (např. v maximální dosažené teplotě). Teprve v budoucnu - díky novým designům hybridních pecí, které kombinují elektrifikaci a jiné palivo - by se mohl podíl elektřiny na celkové energii potřebné k tavení zvýšit na 20-80 %.
- Vodík: U skla bude důležitý také přechod na vodík, který nahradí zemní plyn jako palivo tam, kde elektrifikace nebude možná.
- Recyklace: V EU se už v současnosti recykluje 76 % obalového skla. Stejně tak se už dnes při výrobě přidávají střepy ze sběrného skla, což podstatně redukuje současnou energetickou i emisní náročnost produkce.
- Zachytávání oxidu uhličitého: CCS se z ekonomických a technologických důvodů považuje za vhodné řešení pouze pro relativně velké pece, které navíc pracují s nižšími podíly střepů.
Čtěte také: Materiály na dřevěný plot
tags: #výroba #vápna #a #cementu #proces